DE19839125C1 - Device and method for dosing fluid - Google Patents
Device and method for dosing fluidInfo
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Abstract
Bei der Dosierung für Fluid (6) ist eine nach außen führende, mit einem Fluid (6) druckbeaufschlagte sekundärseitige Bohrung (4) mittels eines darin geführten Hubelementes (7), das ein Dichtelement (17) aufweist, von außen verschließbar, und DOLLAR A die Bewegung des Hubelementes (7) durch eine Ansteuereinrichtung steuerbar, mittels welcher die Bewegung eines Primärantriebs (5) über eine Hydraulikkammer (2) hydraulisch an das Hubelement (7) weiterleitbar ist, DOLLAR A wobei die Hydraulikkammer (2) mittels eines durch die Passung von Hubelement (7) und Gehäuse (1) geleiteten Leckagestromes mit dem Fluid (6) druckbeaufschlagbar ist.When dosing for fluid (6), an outwardly leading secondary-side bore (4) pressurized with a fluid (6) can be closed from the outside by means of a lifting element (7) which has a sealing element (17) and DOLLAR A the movement of the lifting element (7) can be controlled by a control device, by means of which the movement of a primary drive (5) can be hydraulically transmitted to the lifting element (7) via a hydraulic chamber (2), the hydraulic chamber (2) by means of a fit Leakage flows conducted by the lifting element (7) and housing (1) can be pressurized with the fluid (6).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dosierten Abgabe von Fluid.The invention relates to an apparatus and a method for dosed delivery of fluid.
Die Nachfrage nach einer präzisen Dosierung eines Fluids nimmt an Bedeutung zu, beispielsweise bei der Benzin-Direkt einspritzung im Rahmen eines Magermotorkonzeptes. Mit Hilfe des Magermotorkonzeptes soll eine Verringerung des CO2-Aus stoßes erreicht werden.The demand for precise dosing of a fluid is becoming increasingly important, for example in direct gasoline injection as part of a lean-burn engine concept. The lean engine concept is intended to reduce CO 2 emissions.
Zur Realisierung eines Magermotors wird an die Dosierung des Kraftstoffs eine hohe Anforderung unter anderem in bezug auf eine gleichzeitige, axialsymmetrische Kraftstoffverteilung, auf einen Einsatz bei großen Temperaturgradienten von ca. 150°, auf einen hohen Einspritzdruck bis 250 bar, auf eine kurze Antriebstotzeit von weniger als 0,1 ms und auf eine kurze Schaltzeit von weniger als 0,15 ms gestellt.To implement a lean burn engine, the dosage of Fuel has a high requirement, among other things a simultaneous, axially symmetrical fuel distribution, for use with large temperature gradients of approx. 150 °, to a high injection pressure up to 250 bar, to a short drive dead time of less than 0.1 ms and to one short switching time of less than 0.15 ms.
Diese Anforderung läßt sich insbesondere aufgrund der be grenzten Schaltzeit mittels einer elektromagnetisch angetrie benen Dosiervorrichtung nur unzureichend erfüllen. Ein piezo elektrischer Stellantrieb hingegen zeichnet sich durch eine sehr kurze Ansprech- und Totzeit < 50 µs aus.This requirement can be particularly due to the be limited switching time by means of an electromagnetic drive only insufficiently fulfill the dosing device. A piezo electrical actuator, however, is characterized by a very short response and dead time <50 µs.
Bei der Verwendung eines piezoelektrischen Direktantriebs ist allerdings die unzureichende Kompensation einer durch Tempe ratur- oder durch Alterungs- und Setzeffekte bedingten Län genänderung von Piezoaktor und Gehäuse nachteilig. Auch ist hierfür ein Piezoaktor großer Baulänge erforderlich, was fer tigungstechnisch nachteilig und kostenaufwendig ist.When using a piezoelectric direct drive however, the insufficient compensation of one by tempe Countries due to aging or aging effects adverse change of piezo actuator and housing. Is too this requires a piezo actuator of large length, what fer technically disadvantageous and costly.
Bei einer Kombination eines piezoelektrischen Stellantriebs mit einer Membranhydraulik ist unter anderem ein aufwendiger mechanischer Abgleich, eine Bruchgefahr der Membrane sowie ein niedriger Wirkungsgrad problematisch. With a combination of a piezoelectric actuator with a diaphragm hydraulic is, among other things, a complex one mechanical adjustment, risk of the membrane breaking and low efficiency is problematic.
In DE 43 06 073 C1 ist eine Zumeßvorrichtung für Fluide of fenbart, bei der ein piezoelektrischer Stellantrieb mittels fluidgefüllter Kammern ein Hubelement antreibt, welches eine Fluidabgabe steuert. Diese Vorrichtung besitzt den Nachteil einer aufwendigen und anfälligen Ausgestaltung im Antriebs bereich sowie einer Trennung des antriebsseitigen und des einspritzseitigen Hydraulikkreislaufes.DE 43 06 073 C1 discloses a metering device for fluids fenbart, in which a piezoelectric actuator means fluid-filled chambers drives a lifting element, which a Fluid delivery controls. This device has the disadvantage a complex and fragile design in the drive area and a separation of the drive side and the injection-side hydraulic circuit.
In DE 195 19 191 A1 ist ein Einspritzventil offenbart, bei dem die Bewegung eines Piezoaktors mittels einer kolben hydraulischen Hubübersetzung einen Stößel direkt steuert. Dieses Ventil ist auf die Verwendung von Steuerflächen am Ventilstößel angewiesen ist. Weiterhin wird darin eine bewe gungskommutierende Hubübersetzung offenbart, die eine aufwen dige Ausgestaltung an der Hydraulikkammer voraussetzt. Auch wird das Fluid über mindestens eine Einspritzöffnung abgege ben, wodurch die Gefahr einer Verstopfung gegeben ist, und wodurch außerdem eine axialsymmetrische Kraftstoffabgabe stark behindert wird.An injection valve is disclosed in DE 195 19 191 A1 which the movement of a piezo actuator by means of a piston hydraulic stroke ratio directly controls a tappet. This valve is based on the use of control surfaces Valve tappet is instructed. Furthermore, it is a proof gungskommutierend stroke translation reveals that anwen design required on the hydraulic chamber. Also the fluid is dispensed via at least one injection opening ben, which creates the risk of constipation, and which also results in axially symmetrical fuel delivery is severely disabled.
In DE 43 06 072 C2 ist eine Vorrichtung zum Öffnen und Ver schließen einer in einem Gehäuse vorhandenen Durchtrittsöff nung beschrieben, die kompakt aufgebaut, betriebssicher und verschleißarm sein soll und einen schnellen Dosiervorgang er möglichen soll. Dazu weist sie eine Gehäusekammer auf, die mit einer speziellen Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Die Hydraulikflüssigkeit ist von dem zu dosierenden Medium durch Dichtelemente, z. B. Membranen, getrennt.DE 43 06 072 C2 describes a device for opening and ver close a passage opening in a housing described that are compact, reliable and low wear and a quick dosing process possible. For this purpose, it has a housing chamber that is filled with a special hydraulic fluid. The Hydraulic fluid has run out of the medium to be dosed Sealing elements, e.g. B. membranes separated.
In EP 0 477 400 A1 ist eine Anordnung für einen in Hubrich tung wirkenden adaptiven mechanischen Toleranzausgleich für einen Wegtransformator eines piezoelektrischen Aktors offen bart, der bei einem einfachen Aufbau zuverlässig arbeiten soll. Der Adapter enthält eine Hydraulikkammer, die ein defi niertes Leck besitzt, wobei eine Auslenkung eines Aktors über einen Hubkolben in die Hydraulikkammer eingeleitet und über einen Arbeitskolben auf die anzutreibenden Masse übertragen wird. Die Hydraulikkammer ist ein geschlossenes, mit einer Hydraulikflüssigkeit gefülltes Übertragersystem.EP 0 477 400 A1 describes an arrangement for one in Hubrich adaptive mechanical tolerance compensation for a path transformer of a piezoelectric actuator open beard who work reliably with a simple structure should. The adapter contains a hydraulic chamber that a defi nated leak, with a deflection of an actuator introduced a reciprocating piston into the hydraulic chamber and over transfer a working piston to the mass to be driven becomes. The hydraulic chamber is a closed, with a Hydraulic fluid filled transmission system.
In DE 44 06 522 C1 wird ein elektrohydraulisches Antriebsele ment mit Kolben-in-Kolben-Antrieb zur Hubumkehr beschrieben, welches ein geschlossenes Hydrauliksystem zur Kraftübertra gung verwendet.DE 44 06 522 C1 describes an electrohydraulic drive element described with piston-in-piston drive to reverse the stroke, which is a closed hydraulic system for power transmission used.
In DE 197 32 802 A1 wird eine nach innen öffnende, servoge steuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung offenbart.DE 197 32 802 A1 describes an inward opening servo controlled fuel injector disclosed.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verein fachte und zuverlässige Möglichkeit zur präzisen Dosierung von Fluid bereitzustellen.The object of the present invention is to unite Fold and reliable possibility for precise dosing to provide of fluid.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst.This object is achieved by the features of claims 1 and 16 solved.
Die Idee der Erfindung besteht im wesentlichen darin, die Be wegung eines Primärantriebs an ein sekundärseitiges Hubele ment mittels einer Hydraulikkammer hydraulisch weiterzugeben, wobei das nach außen öffnende Hubelement eine Fluidabgabe di rekt steuert.The idea of the invention consists essentially in the Be movement of a primary drive to a secondary Hubele pass hydraulically through a hydraulic chamber, wherein the outwardly opening lifting element a fluid delivery di right controls.
Dazu ist das Hubelement in einer sekundärseitigen Bohrung axialverschiebbar führbar angeordnet. Die sekundärseitige Bohrung mündet einerseits an einer Mündung nach außen, führt andererseits in eine Hydraulikkammer und ist mit einem Fluid druckbeaufschlagbar.For this purpose, the lifting element is in a bore on the secondary side axially displaceably arranged. The secondary side On the one hand, the bore opens out at a mouth and leads on the other hand in a hydraulic chamber and is with a fluid pressurizable.
Das Hubelement weist ein Dichtelement auf, durch das die Mün dung von Außen verschließbar ist. Auch ist ein Primärelement vorhanden, dessen Hub, z. B. eine Elongation eines Piezoak tors, über die Hydraulikkammer hydraulisch an das Hubelement übertragbar ist. Dabei ist durch die Bewegung des Primäran triebs das Hubelement dergestalt verschiebbar, daß ein Öffnen und Schließen der Mündung mittels des Dichtelementes steuer bar ist, und bei geöffneter Mündung das Fluid über die sekun därseitige Bohrung nach außen abgebbar ist.The lifting element has a sealing element through which the coin can be closed from the outside. Is also a primary element available, the stroke, z. B. Elongation of a Piezoak tors, hydraulically to the lifting element via the hydraulic chamber is transferable. This is due to the movement of the primary drove the lifting element so that an opening and closing the mouth by means of the sealing element control bar, and with the mouth open, the fluid over the sekun the bore on the intestine side can be released to the outside.
Weiterhin ist die Dosiermöglichkeit dadurch ausgezeichnet, daß die Hydraulikkammer von der sekundärseitigen Bohrung aus durch eine Passung von Hubelement und Gehäuse mit dem Fluid gedrosselt druckbeaufschlagbar ist. Die sekundärseitige Boh rung und die Hydraulikkammer sind also durch die leckagebe haftete Passung zwischen Hubelement und einem Gehäuse mitein ander fluidisch verbunden. Dies ist gleichbedeutend damit, daß sowohl die Hydraulikkammer als auch die sekundärseitige Bohrung mit dem zu dosierenden Fluid befüllbar sind.Furthermore, the dosing option is excellent that the hydraulic chamber from the secondary bore by fitting the lifting element and housing with the fluid throttled can be pressurized. The secondary Boh tion and the hydraulic chamber are thus through the leakage stuck fit between the lifting element and a housing other fluidly connected. This is tantamount to that both the hydraulic chamber and the secondary side Bore can be filled with the fluid to be metered.
Zur Dosierung des Fluids wird das Hubelement so bewegt, daß es die sekundärseitige, druckbeaufschlagte Bohrung mittels eines nach außen öffnenden Dichtelementes gegen den Außenraum öffnet bzw. abschließt.To meter the fluid, the lifting element is moved so that it the secondary-side, pressurized bore by means of an outwardly opening sealing element against the outside opens or closes.
"Primärseitig" bezeichnet dabei Elemente, die im Kraftschluß vom Primärantrieb bis ausschließlich zur Hydraulikkammer an gebracht sind, beispielsweise einen Piezoaktor. "Sekundärsei tig" bezeichnet entsprechend Elemente, die im Kraftschluß dem Primärantrieb und der Hydraulikkammer nachgeschaltet sind, beispielsweise ein Hubelement."Primary side" denotes elements that are in the frictional connection from the primary drive to the hydraulic chamber only are brought, for example a piezo actuator. "Secondary egg tig "designates elements corresponding to the Primary drive and the hydraulic chamber are connected for example a lifting element.
Die Dosierung des Fluids läuft im wesentlichen in den folgen
den Schritten ab:
The fluid is dosed essentially in the following steps:
- a) In Ruhestellung ist der Primärantrieb von der Hydraulik kammer maximal zurückgezogen, beispielsweise bei entladenem Piezoaktor. Der Druck des Fluids in der Hydraulikkammer ent spricht wegen der leckagebehafteten, d. h. hydraulisch gedros selten, Verbindung zwischen der Zuleitung und der Hydraulik kammer dem Druck in der Zuleitung. Das sekundärseitige Hub element ist maximal zur Hydraulikkammer hin verschoben, bei spielsweise durch eine sekundärseitige Rückstelleinrichtung.a) In the idle position, the primary drive is from the hydraulics maximum retracted chamber, for example when the machine is unloaded Piezo actuator. The pressure of the fluid in the hydraulic chamber ent speaks because of the leakage, d. H. hydraulic throttle rare, connection between the supply line and the hydraulic system chamber the pressure in the supply line. The secondary hub element is maximally shifted towards the hydraulic chamber at for example, by a secondary-side reset device.
Das Hubelement verschließt mittels eines Dichtelementes die sekundärseitige Bohrung gegen den Außenraum.The lifting element closes the by means of a sealing element secondary bore against the outside.
Während des Hubvorgangs wird der Primärantrieb zur Hydraulik kammer verschoben. Dadurch erhöht sich der Druck in der Hy draulikkammer, so daß das sekundärseitige Hubelement stärker von der Hydraulikkammer weg gedrückt wird. Weil das Fluid nur gedrosselt in die Hydraulikkammer gelangt, wird der Druckauf bau durch den vergleichsweise geringen leckagebehafteten Fluidabfluß nicht verhindert.During the lifting process, the primary drive becomes a hydraulic system chamber moved. This increases the pressure in the hy draulic chamber, so that the secondary-side lifting element stronger is pushed away from the hydraulic chamber. Because the fluid only throttled into the hydraulic chamber, the pressure is increased construction due to the comparatively low leakage Fluid drainage is not prevented.
Ab einem bestimmten Druck in der Hydraulikkammer werden die auf das Hubelement ausgeübten Kräfte in Richtung der Hydrau likkammer, beispielsweise der Rückstelleinrichtung, überwun den, und das Hubelement bewegt sich von der Hydraulikkammer weg. Durch diese Bewegung wird das zum Hubelement gehörige Dichtelement von der Mündung der sekundärseitigen Bohrung nach außen abgehoben. Durch die offene Mündung wird Fluid in den Außenraum dosiert abgegeben.From a certain pressure in the hydraulic chamber, the forces exerted on the lifting element in the direction of the hydraulic likkammer, for example the reset device the, and the lifting element moves from the hydraulic chamber path. Through this movement, the part belonging to the lifting element becomes Sealing element from the mouth of the secondary bore lifted outwards. Through the open mouth, fluid is in dispensed the outside space in doses.
- a) Zur Rückkehr in die Ruhestellung wird der Primärantrieb wieder kontrahiert. Der Druck des Fluids in der Hydraulikkam mer sinkt soweit, daß das Hubelement wieder in Richtung der Hydraulikkammer verschoben wird, beispielsweise aufgrund der von der sekundärseitige Rückstelleinrichtung ausgeübten Kraft. Ist das Hubelement soweit in Richtung der Hydraulik kammer zurückgeschoben, daß es die sekundärseitige Bohrung wieder gegen den Außenraum verschließt, so werden Fluidver luste in der Hydraulikkammer mittels des Leckagestroms durch die Passung von Hubelement und Gehäuse ausgeglichen.a) The primary drive is used to return to the rest position contracted again. The pressure of the fluid in the hydraulic came mer drops so far that the lifting element again in the direction of Hydraulic chamber is moved, for example due to the exercised by the secondary-side resetting device Force. Is the lifting element so far in the direction of the hydraulics chamber pushed back that it was the secondary bore closed again against the outside, so fluidver leak in the hydraulic chamber by means of the leakage flow the fit of the lifting element and housing balanced.
Durch den Einsatz der Hydraulikkammer ergeben sich unter an
derem folgende Vorteile:
The use of the hydraulic chamber has the following advantages:
- 1. Ein möglicherweise zu geringer Hub des Primärantriebs kann durch eine Hubübersetzung auf das sekundärseitige Hub element vergrößert (beispielsweise: Hub des Piezoaktors 40 µm, Hub des Hubelementes 240 µm, entsprechend einer Hubüber setzung von 6 : 1). Dadurch werden die Vorteile des Primär antriebs, zum Beispiel ein sehr schnelles und lineares An sprechverhalten, mit dem Vorteil eines ausreichenden Hubs vereinigt. Ein Nachteil des piezoelektrischen Direktantriebs, nämlich eine große Piezolänge, ist somit vermeidbar.1. A possibly too small stroke of the primary drive can be achieved by a stroke ratio on the secondary hub element enlarged (for example: stroke of the piezo actuator 40 µm, Stroke of the lifting element 240 µm, corresponding to a stroke over setting of 6: 1). This will take advantage of the primary drive, for example a very fast and linear drive speaking behavior, with the advantage of a sufficient stroke united. A disadvantage of the piezoelectric direct drive, namely a large piezo length can thus be avoided.
- 2. Thermische oder durch Alterungs- sowie Setzeffekte be dingte Längenänderungen sowohl des Piezoaktors, als auch des Gehäuses mitsamt Einbauten werden weitgehend dadurch kompen siert, daß die Hydraulikkammer über einen Leckagestrom mit Fluid druckbeaufschlagt wird. Daher ist der Druck in der Hy draulikkammer langfristig unabhängig von ihrem Volumen. Somit wird eine hohe Präzision in einem großen Temperaturbereich erreicht. Zum Ausgleich dieser Effekte kann auch eine Hydrau likkammer mit einer Hubtransformation von 1 : 1 oder einer Hu buntersetzung verwendet werden.2. Thermal or by aging and setting effects changes in length of both the piezo actuator and the Housings together with internals are largely compensated by this siert that the hydraulic chamber with a leakage current Fluid is pressurized. Hence the pressure in the hy draulic chamber in the long term regardless of its volume. Consequently becomes high precision in a wide temperature range reached. A hydrau can also be used to compensate for these effects lik chamber with a stroke transformation of 1: 1 or a Hu ratio can be used.
- 3. Die relative Ausrichtung der sekundärseitigen Bohrung besitzt keinen Einfluß auf das Steuerungsverhalten. Auf Grund dessen können mehrere unterschiedlich ausgerichtete sekundär seitige Teilelemente, beispielsweise Hubelemente in ihren je weiligen Bohrungen, vorhanden sein.3. The relative orientation of the secondary hole has no influence on the control behavior. Because of of which several can be differently oriented secondary side sub-elements, for example lifting elements in their respective because of the holes.
- 4. Im Gegensatz zu einem mechanischen Übertragersystem ent fällt der nachteilige Effekt der Verbiegung von Bauelementen oder der Reibung bzw. des Verschleißes oder auch einer Ver kantung mechanischer Bauteile.4. In contrast to a mechanical transmission system ent drops the adverse effect of component bending or the friction or wear or a Ver edging of mechanical components.
- 5. Die Verschiebung des Primärantriebs wird in sehr guter Näherung unverzüglich und präzise weitergegeben. Der Vorteil der Verwendung eines sehr gut steuerbaren Primärantriebs mit einer kurzen Totzeit, beispielsweise eines Piezoaktors oder eines magnetostriktiven Aktors, bleibt erhalten.5. The displacement of the primary drive will be very good Approach passed on immediately and precisely. The advantage the use of a very well controllable primary drive a short dead time, for example a piezo actuator or of a magnetostrictive actuator is retained.
Im Vergleich zu einer Dosiervorrichtung mit Bewegungsumkehr ergibt sich der Vorteil einer einfachen Auslegung im Bereich der Hydraulikkammer. Diese Auslegung ist fertigungstechnisch toleranzunempfindlich. Durch den nach außen öffnenden Stößel wird zudem eine axialsymmetrische Kraftstoffabgabe an der Mündung erreicht.Compared to a metering device with reversal of movement there is the advantage of a simple design in the area the hydraulic chamber. This design is production engineering insensitive to tolerances. Through the tappet opening outwards is also an axially symmetrical fuel delivery at the Mouth reached.
Durch die leckagebehaftete Befüllung der Hydraulikkammer ent fällt eine komplizierte Befüllanordnung oder ein getrennter Hydraulikkreislauf für die Hydraulikkammer.Due to the leakage filling of the hydraulic chamber falls a complicated filling arrangement or a separate one Hydraulic circuit for the hydraulic chamber.
Vorteilhafterweise ist die Erfindung nicht auf eine Kraft stoff-Einspritzung beschränkt, z. B. auf eine Benzin-Ein spritzung, eine Diesel-Einspritzung oder eine Methan-Ein spritzung für einen Gasmotor. Es sind vielmehr andere Anwen dungen denkbar, z. B. eine Steuerung eines Hydraulikventils. So kann ein solches Hydraulikventil zur Steuerung eines Bremskreislaufes oder zur Dosierung eines aktiven Schwing ungsdämpfers verwendet werden.Advantageously, the invention is not a force substance injection limited, e.g. B. on a petrol one injection, a diesel injection or a methane injection injection for a gas engine. Rather, they are different users conceivable, z. B. a control of a hydraulic valve. Such a hydraulic valve can be used to control a Brake circuit or for dosing an active vibration dampers can be used.
Das Fluid kann eine Flüssigkeit sein, z. B. Wasser, oder ein Gas, z. B. Druckluft. Bei einer Verwendung der Dosiervor richtung zur Kraftstoff-Einspritzung ist das Fluid vorteil hafterweise eine Flüssigkeit wie Benzin, Diesel, Kerosin, Pe troleum oder Alkohol oder ein Gas wie Methan oder Buthan.The fluid can be a liquid, e.g. B. water, or a Gas, e.g. B. compressed air. When using the dosing device Direction for fuel injection, the fluid is advantageous a liquid like gasoline, diesel, kerosene, Pe troleum or alcohol or a gas such as methane or butane.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die erfindungs gemäße Dosiervorrichtung schematisch dargestellt:In the following embodiments, the invention corresponding dosing device shown schematically:
Fig. 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine mögliche Ausgestaltung der Dosiervorrichtung. Fig. 1 shows a sectional side view of a possible embodiment of the dosing device.
In einem Gehäuse 1 sind eine primärseitige Bohrung 3 und eine dazu gleichgerichtete sekundärseitige Bohrung 4 so einge bracht, daß beide Bohrungen 3, 4 zentriert ineinander überge hen. Sie können auch als eine Bohrung mit unterschiedlichem Durchmesser aufgefaßt werden. Eine solche Anordnung zweier ineinander mündender Bohrungen 3 und 4 mit einer Längsachse entlang der gleichen Linie ergibt den Vorteil einer einfachen und kompakten Bauweise, verbunden mit einer einfachen Her stellungsmöglichkeit.In a housing 1 , a primary-side bore 3 and a rectified secondary-side bore 4 are introduced so that both bores 3 , 4 center hen one another overge. They can also be understood as a hole with different diameters. Such an arrangement of two merging holes 3 and 4 with a longitudinal axis along the same line gives the advantage of a simple and compact design, combined with a simple Her position.
Die Orientierung der beiden Bohrungen 3, 4 zueinander kann aber auch anders ausgeführt sein, beispielsweise zueinander versetzt oder gekippt.The orientation of the two bores 3 , 4 to one another can also be designed differently, for example offset or tilted to one another.
In der primärseitigen Bohrung 3 ist ein Druckkolben 11 als Teil eines Primärantriebs 5, d. h. eines von außen direkt steuerbaren Antriebs, axialverschiebbar zumindest teilweise versenkbar angeordnet. Innerhalb der primärseitigen Bohrung 3 wird durch diese Anordnung eine Hydraulikkammer 2 geschaffen. Die Hydraulikkammer 2 ist mit einem Fluid 6 druckbeauf schlagt. Sie kann auch separat mit einer hydraulischen Ver bindung zu den Bohrungen 3, 4 ausgeführt sein.In the primary-side bore 3 , a pressure piston 11 is arranged as part of a primary drive 5 , ie a drive which can be controlled directly from the outside, and is axially displaceable at least partially retractable. This arrangement creates a hydraulic chamber 2 within the primary-side bore 3 . The hydraulic chamber 2 is pressurized with a fluid 6 . It can also be carried out separately with a hydraulic connection to the bores 3 , 4 .
Der Druckkolben 11 wird durch eine primärseitige Rückstell einrichtung 13, als weiterem Teil des Primärantriebs 5, von der Hydraulikkammer 2 weggedrückt. Die primärseitige Rück stelleinrichtung 13 kann beispielsweise eine Rohrfeder (Hohlzylinder mit horizontalen Schlitzen) sein, oder besteht vorteilhafterweise aus mehreren parallel oder seriell ange ordneten Tellerfedern. Auch eine aktive Steuerung der primär seitigen Rückstelleinrichtung 13 ist denkbar, beispielsweise mittels eines Stellantriebs.The pressure piston 11 is pushed by a primary-side reset device 13 , as a further part of the primary drive 5 , from the hydraulic chamber 2 . The primary-side return device 13 may be, for example, a Bourdon tube (hollow cylinder with horizontal slots), or advantageously consists of several parallel or serially arranged disc springs. Active control of the primary-side reset device 13 is also conceivable, for example by means of an actuator.
Die Passung zwischen Druckkolben 11 und Gehäuse 1 ist vor teilhafterweise hydraulisch dicht. Sie wird zur einfacheren Realisierung vorteilhafterweise mittels eines umlaufenden O- Rings 18, der in eine Nut des Druckkolbens 11 eingelassen wird, abgedichtet. Der O-Ring 18 besteht aus Elastomermate rial. Auch kann eine Sicke oder Membran, z. B. aus Metall oder Kunststoff, zur Dichtung der Passung verwendet werden, beispielsweise zur gesteigerten Betriebssicherheit.The fit between the pressure piston 11 and housing 1 is hydraulically tight before geous. To simplify implementation, it is advantageously sealed by means of a circumferential O-ring 18 which is let into a groove in the pressure piston 11 . The O-ring 18 is made of elastomer material. A bead or membrane, e.g. B. made of metal or plastic, used to seal the fit, for example for increased operational safety.
Der Druckkolben 11 wird von seiner der Hydraulikkammer 2 ab gewandten Seite durch einen am Gehäuse 1 abgestützten Stell antrieb 12 bewegt. Der Stellantrieb 12, als weiteres Teilele ment des Primärantriebs 5, ist vorteilhafterweise ein Piezo element, vorteilhafterweise ein Vielschicht-Piezoaktor. Ein Piezoaktor besitzt den Vorteil, daß er sehr schnell auf Steu ersignale reagiert und seine Längenänderung in sehr guter Nä herung linear zur Höhe des Steuersignals, beispielsweise ei nes Spannungs- oder Stromsignals, ist. Die Verwendung eines Piezo-Vielschichtsystems ist wegen der niedrigen Betriebs spannung ansteuerungstechnisch vorteilhaft. Die Verwendung eines keramikähnlichen Piezoelementes mit einer hohen Curie- Temperatur ermöglicht einen Betrieb über einen großen Tempe raturbereich.The pressure piston 11 is moved from its side facing the hydraulic chamber 2 by an actuator 12 supported on the housing 1 . The actuator 12 , as a further element of the primary drive element 5 , is advantageously a piezo element, advantageously a multi-layer piezo actuator. A piezo actuator has the advantage that it responds very quickly to control signals and its change in length in very good approximation is linear to the level of the control signal, for example a voltage or current signal. The use of a piezo multilayer system is advantageous in terms of control technology because of the low operating voltage. The use of a ceramic-like piezo element with a high Curie temperature enables operation over a large temperature range.
Außer eines Piezoaktors kann beispielsweise auch ein magneto striktives oder elektrostriktives Stellelement 12 verwendet werden.In addition to a piezo actuator, a magneto-strictive or electrostrictive control element 12 can also be used, for example.
Zwischen Stellantrieb 12 und Druckkolben 11 ist eine Kugel scheibe 19 eingebracht, die am Druckkolben 11 ein entsprech endes Gegenlager aufweist und die vorteilhafterweise Verkipp ungen des Stellantriebs 12, des Gehäuses 1 oder des Druckkol bens 11 ausgleicht, beispielsweise zur Vermeidung einer Spaltfederung bei nicht planparallelen Piezoendflächen. Die Kugelscheibe 19 mit dem entsprechenden Gegenlager kann auch gehäuseseitig zwischen Stellantrieb 12 und Gehäuse 1 ange bracht sein. Bei ausreichender Paßgenauigkeit kann auf die Kugelscheibe 19 verzichtet werden.Between the actuator 12 and the pressure piston 11 , a spherical disc 19 is introduced, which has a corresponding end thrust bearing on the pressure piston 11 and which advantageously compensates for tilting of the actuator 12 , the housing 1 or the pressure piston 11 , for example in order to avoid gap suspension in the case of non-plane-parallel piezo end faces . The spherical disc 19 with the corresponding counter bearing can also be placed on the housing side between the actuator 12 and the housing 1 . With sufficient accuracy of fit can be dispensed with the spherical washer 19th
Die primärseitigen Elemente 5, 11, 12, 13, 19 sind vorteil hafterweise so montiert, daß sie definiert mechanisch druck vorgespannt sind. Dies ist vorteilhaft beim Einsatz eines ke ramikähnlichen Stellantriebs 12, beispielsweise eines kera mischen Piezoaktors, der durch Zugspannungen leicht zerstört werden kann. Die Druckvorspannung kann zusätzlich über am Ge häuse 1 angebrachte Distanzscheiben (ohne Abbildung) ein gestellt werden.The primary-side elements 5 , 11 , 12 , 13 , 19 are advantageously mounted so that they are pre-stressed mechanically defined. This is advantageous when using a ke ceramic-like actuator 12 , for example a ceramic piezo actuator, which can be easily destroyed by tensile stresses. The pressure preload can also be set using spacers (not shown ) attached to housing 1 .
Selbstverständlich kann der Primärantrieb 5 auch als ein ein zelnes Element vorliegen, beispielsweise als kolbenförmiger Piezoaktor. Dabei muß allerdings auf die Vorteile einer opti mierten Ausgestaltung von Teilelementen mit beispielsweise einer widersprüchlichen Anforderung an die Materialeigen schaften verzichtet werden.Of course, the primary drive 5 can also be present as a single element, for example as a piston-shaped piezo actuator. However, the advantages of an optimized configuration of sub-elements with, for example, a contradicting requirement for the material properties must be dispensed with.
In die Hydraulikkammer 2 mündet eine sekundärseitige Bohrung 4, in der ein sekundärseitiges Hubelement 7 axialverschiebbar und leckagebehaftet angeordnet ist. Der Primärantrieb 5 steht somit über die Hydraulikkammer 2 in einem hydraulischen Kraftschluß mit dem Hubelement 7.A secondary-side bore 4 opens into the hydraulic chamber 2 , in which a secondary-side lifting element 7 is arranged to be axially displaceable and subject to leakage. The prime mover 5 is thus on the hydraulic chamber 2 in a hydraulic frictional engagement with the lifting element. 7
Es können auch mehrere Bohrungen 4 in eine Hydraulikkammer 2 münden. Die Hydraulikkammer 2 kann auch direkt über eine zu sätzliche Fluidzuleitung mit Fluid 6 druckbeaufschlagt werden (ohne Abbildung).Several bores 4 can also open into a hydraulic chamber 2 . The hydraulic chamber 2 can also be pressurized with fluid 6 directly via an additional fluid supply line (not shown).
Zur Entlüftung der Hydraulikkammer 2 ist eine Entlüftungs schraube 25 vorhanden.A vent screw 25 is provided for venting the hydraulic chamber 2 .
Das Hubelement 7 besteht aus mehreren Teilelementen 14-17: ein an die Hydraulikkammer 2 grenzender Hubkolben 14 wird in der sekundärseitigen Bohrung 4 axialverschiebbar und leckage behaftet geführt. Mit dem Hubkolben 14 ist eine Kolbenstange 15 verbunden, die hier als ein Bauteil ausgeführt sind. An die Kolbenstange 15 grenzt ein Stößel 16, wobei die Kolben stange 15 und der Stößel 16 nicht fest miteinander verbunden sind.The lifting element 7 consists of several sub-elements 14-17, an area bordering the hydraulic chamber 2 reciprocating piston 14 is axially displaceable in the secondary bore 4 and leak out subject. A piston rod 15 is connected to the reciprocating piston 14 and is designed here as one component. A plunger 16 is adjacent to the piston rod 15 , the piston rod 15 and the plunger 16 not being firmly connected to one another.
Der Stößel 16 ist mit einem Dichtelement 17 verbunden, durch das eine Mündung 10 der sekundärseitigen Bohrung 4 gegen den Außenraum verschließbar ist.The plunger 16 is connected to a sealing element 17 , through which a mouth 10 of the secondary-side bore 4 can be closed against the outside.
Zur Realisierung der kolbenhydraulischen Hubübersetzung ist die druckwirksame Fläche des Druckkolbens 11 größer als die jenige des Hubkolbens 14. Die "druckwirksame Fläche" bezeich net dabei die Projektion der mit dem Fluid 6 der Hydraulik kammer 2 in Berührung stehenden Fläche in die angegebene Richtung. Beispielsweise entspricht die druckwirksame Fläche des Druckkolbens 11 bzw. des Hubkolbens 14 ihrer jeweiligen der Hydraulikkammer 2 zugewandten Stirnfläche. In order to implement the piston-hydraulic stroke ratio, the pressure-effective area of the pressure piston 11 is larger than that of the stroke piston 14 . The "pressure-effective area" designates the projection of the area in contact with the fluid 6 of the hydraulic chamber 2 in the direction indicated. For example, the pressure-effective surface of the pressure piston 11 or the lifting piston 14 corresponds to their respective end surface facing the hydraulic chamber 2 .
Zur Erlangung eines vorbestimmten maximalen Hubes ist vor teilhafterweise ein Anschlag 23 zur Begrenzung des Hubes des Hubkolbens 14 vorhanden. Der Hubkolben 14 kann vollständig in der sekundärseitigen Bohrung 4 versenkt sein oder auch teil weise in die Hydraulikkammer 2 hineinragen.In order to obtain a predetermined maximum stroke, a stop 23 for limiting the stroke of the lifting piston 14 is advantageously present. The reciprocating piston 14 can be completely sunk in the secondary-side bore 4 or also partially protrude into the hydraulic chamber 2 .
Ein Teil der sekundärseitigen Bohrung 4 ist in Form einer Fluidkammer 9 ausgestaltet. Die Fluidkammer 9 wird mittels einer Zuleitung 24 mit dem Fluid 6 druckbeaufschlagt.Part of the bore 4 on the secondary side is designed in the form of a fluid chamber 9 . The fluid chamber 9 is pressurized with the fluid 6 by means of a feed line 24 .
In der Fluidkammer 9 ist eine sekundärseitige Rückstellein richtung 8 angebracht, die aus einer Spiralfeder 21 besteht, welche mittels eines Seeger-Rings 20, eines Sprengringes oder einer anderen Vorrichtung am Stößel 16 befestigt ist und die das Hubelement 7 bzw. den Stößel 16 in Richtung der Hydrau likkammer 2 drückt.In the fluid chamber 9 , a secondary-side Rückstellein device 8 is attached, which consists of a spiral spring 21 which is fixed by means of a Seeger ring 20 , a snap ring or other device on the plunger 16 and which the lifting element 7 or the plunger 16 in the direction the hydraulic chamber 2 presses.
Die Fluidkammer 9 kann zur Befüllung mit Fluid 6 und zum Leckageausgleich mit der Hydraulikkammer 2 durch eine gedros selte oder mit einem in Richtung der Hydraulikkammer öffnen den Rückschlagventil versehene Verbindungsleitung verbunden sein (ohne Abbildung).The fluid chamber 9 can be connected for filling with fluid 6 and for leakage compensation with the hydraulic chamber 2 by a throttled or with a check valve provided in the direction of the hydraulic chamber open connecting line (not shown).
Der Stößel 16 besitzt einen signifikant kleineren Durchmesser als die sekundärseitige Bohrung 4. Während also durch die vergleichsweise enge Passung zwischen Hubkolben 14 und sekun därseitiger Bohrung 4 ein vergleichsweise geringer Leckage strom verursacht wird, kann das Fluid 6 aus der Fluidkammer 9 ohne signifikante Drosselung zur Mündung 10 der sekundärsei tigen Bohrung 4 gelangen.The plunger 16 has a significantly smaller diameter than the bore 4 on the secondary side. Thus, while a comparatively small leakage current is caused by the comparatively close fit between the reciprocating piston 14 and the secondary bore 4 , the fluid 6 can reach the mouth 10 of the secondary bore 4 without significant throttling from the fluid chamber 9 .
Die Kolbenstange 15 und der Stößel 16 sind nicht fest mitein ander verbunden. Vielmehr wird durch eine Kolbenstangenfeder 26 die Kolbenstange 15 auf Anlage mit dem Stößel 16 gehalten. Die Kolbenstangenfeder 26 ist dabei mittels eines Seeger- Rings 20, Sprengringes o. ä. an der Kolbenstange 15 fixiert. Die getrennte Ausführung von Kolbenstange 15 und der Stößel 16 besitzt den Vorteil eines einfachen Einbaus in das Gehäuse 1. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß der Einfluß von Druckspitzen im Fluid 6 auf den Hubkolben 14 abgemildert wird. Die Federkräfte am Hubelement 7 sind so abgestimmt, daß im Ruhezustand das Dichtelement 17, das in Form eines Teller ventils ausgearbeitet ist, von Außen die Mündung 10 gegen den Außenraum verschließt.The piston rod 15 and the plunger 16 are not firmly connected to each other. Rather, the piston rod 15 is held in contact with the plunger 16 by a piston rod spring 26 . The piston rod spring 26 is fixed to the piston rod 15 by means of a Seeger ring 20 , snap ring or the like. The separate design of the piston rod 15 and the plunger 16 has the advantage of simple installation in the housing 1 . Furthermore, there is the advantage that the influence of pressure peaks in the fluid 6 on the reciprocating piston 14 is mitigated. The spring forces on the lifting element 7 are adjusted so that the sealing element 17 , which is designed in the form of a plate valve, closes the mouth 10 from the outside against the outside in the idle state.
Sollte dennoch eine fest verbundene Einheit von Kolbenstange 15 und Stößel 16 verwendet werden, so kann die Kolbenstangen feder 26 entfallen. In diesem Fall kann auch statt der Kol benstange 15 und des Stößels 16 ein einziges Bauteil, z. B. mit verschiedenen Durchmessern der sekundärseitigen Bohrung 4, verwendet werden.If a firmly connected unit of piston rod 15 and plunger 16 is nevertheless used, the piston rod spring 26 can be omitted. In this case, instead of the piston rod 15 and the plunger 16, a single component, for. B. with different diameters of the secondary bore 4 can be used.
Der Dosiervorgang erfolgt im wesentlichen in den folgenden Schritten:The dosing process takes place essentially in the following Steps:
Der als Piezoaktor ausgebildete Stellantrieb 12 ist entladen bzw. kurzgeschlossen, so daß er in axialer Richtung seine mi nimale Länge besitzt und maximal von der sekundärseitigen Bohrung 4 entfernt ist. Die Hydraulikkammer 2 wird über die leckagebehaftete Passung von Hubkolben 7 und Gehäuse 1 mit Fluid 6 gefüllt. Der Druck P in der Hydraulikkammer 2 ent spricht im wesentlichen dem an der Zuleitung 24 anstehenden Standdruck, typischerweise 25 bis 250 bar.The actuator 12 designed as a piezo actuator is discharged or short-circuited, so that it has its minimum length in the axial direction and is maximally removed from the secondary-side bore 4 . The hydraulic chamber 2 is filled with fluid 6 via the leakage-fitting fit of the reciprocating piston 7 and the housing 1 . The pressure P in the hydraulic chamber 2 ent corresponds essentially to the pressure applied to the feed line 24 prior pressure, typically 25 to 250 bar.
Der Druckkolben 11 wird durch die primärseitige Rückstellein richtung 13 sowie durch den Druck P des Fluids 6 in der Hy draulikkammer 2 an den Stellantrieb 12 bzw. die Kugelscheibe 19 gedrückt.The pressure piston 11 is pressed by the primary-side Rückstellein device 13 and by the pressure P of the fluid 6 in the hy draulic chamber 2 to the actuator 12 or the spherical disk 19 .
Gleichzeitig drückt die Kolbenstangenfeder 26 den Hubkolben 14 von der Hydraulikkammer 2 weg. Andererseits wirken auf das Hubelement 7 die Kräfte der sekundärseitigen Rückstellein richtung 8, hier die einer Feder 21. Die resultierenden Kräf te am Hubelement 7 sind so dimensioniert, daß das Dicht element 17 die sekundärseitige Bohrung 4 gegen den Außenraum verschließt. At the same time, the piston rod spring 26 pushes the reciprocating piston 14 away from the hydraulic chamber 2 . On the other hand, the forces of the secondary-side Rückstellein direction 8 act on the lifting element 7 , here that of a spring 21st The resulting forces on the lifting element 7 are dimensioned such that the sealing element 17 closes the secondary-side bore 4 against the outside.
Zu Beginn des Hubvorgangs wird durch ein elektrisches Signal, beispielsweise ein Spannungs- oder Stromsignal, der Stellan trieb 12 über die Anschlüsse 121 in axialer Richtung ausge dehnt, typischerweise 10-60 µm. Bei einer so geringen Ver schiebung des Stellantriebs 12 gleitet der O-Ring 18 nicht an der Wand des Gehäuses 1 sondern verformt sich rein elastisch, wodurch eine vorteilhafte Dichtung erreicht wird.At the start of the lifting process, an electrical signal, for example a voltage or current signal, drives the actuator 12 via the connections 121 in the axial direction, typically 10-60 μm. With such a small displacement of the actuator 12 , the O-ring 18 does not slide on the wall of the housing 1 but is deformed in a purely elastic manner, as a result of which an advantageous seal is achieved.
Der Stellantrieb 12, der sich am Deckel des Gehäuses 1 ab stützt, drückt über die Kugelscheibe 19 den Druckkolben 11 mit großer Kraft in Richtung der Hydraulikkammer 2, so daß in dieser der Druck P steigt.The actuator 12 , which is supported on the cover of the housing 1 , presses the pressure piston 11 with great force in the direction of the hydraulic chamber 2 via the spherical disk 19 , so that the pressure P increases in the latter.
Durch den erhöhten Druck P in der Hydraulikkammer 2 fließt Fluid 6 über die leckagebehaftete Passung von Hubkolben 14 und Gehäuse 1 ab. Der Leckagestrom ist aber im Verhältnis zur Geschwindigkeit der Druckerhöhung nicht groß genug, als daß die Druckerhöhung wesentlich beeinflußt wird.Due to the increased pressure P in the hydraulic chamber 2 , fluid 6 flows out via the leakage-fitting fit of the reciprocating piston 14 and the housing 1 . The leakage flow in relation to the speed of the pressure increase is not large enough to have a significant influence on the pressure increase.
Durch den erhöhten Druck P vergrößert sich die auf den Hub kolben 14 ausgeübte, von der Hydraulikkammer 2 weg gerichtete Kraft. Wenn diese Kraftkomponente die in Gegenrichtung wir kende Kraftkomponente überschreitet, bewegt sich das Hubele ment 7, 14-17 von der Hydraulikkammer 2 weg und hebt das Dich telement 17 nach außen von der Mündung 10 ab. Das Fluid 6 fließt von der Fluidkammer 9 über die sekundärseitige Bohrung 4 am Stößel 16 vorbei an die Mündung 10 und wird von dort in den Außenraum dosiert abgegeben.The increased pressure P increases the piston 14 exerted on the stroke, directed away from the hydraulic chamber 2 . If this force component exceeds the force component in the opposite direction, the Hubele element 7 , 14-17 moves away from the hydraulic chamber 2 and lifts the telement 17 outwards from the mouth 10 . The fluid 6 flows from the fluid chamber 9 via the secondary-side bore 4 past the plunger 16 past the mouth 10 and is dispensed from there into the outside space.
Der Hub des Hubkolbens 14, typischerweise 60 bis 360 µm, wird durch einen Anschlag 23 begrenzt. Dabei ist die Dosiervor richtung so ausgelegt, daß beim Anschlagen des Hubkolbens 14 noch eine ausreichende Druckreserve vorhanden ist, damit das Hubelement 7 trotz der an der Hydraulikkammer 2 auftretenden Leckagen eine ausreichende Zeit geöffnet ist. Andererseits ist die Leckage so dimensioniert, daß bei einer Unterbrechung der elektrischen Anschlüsse 121 im geladenen Zustand des Stellantriebs 12 eine selbständige Rückkehr des Hubelementes 7 in die Ruhestellung gewährleistet ist.The stroke of the piston 14 , typically 60 to 360 microns, is limited by a stop 23 . The Dosiervor direction is designed so that a sufficient pressure reserve is still available when the lifting piston 14 strikes, so that the lifting element 7 is open for a sufficient time despite the leakages occurring in the hydraulic chamber 2 . On the other hand, the leakage is dimensioned such that if the electrical connections 121 are interrupted in the charged state of the actuator 12, the lifting element 7 returns automatically to the rest position.
Durch eine Kontraktion des Stellantriebs 12, beispielsweise einer Entladung des Piezoaktors, wird der Hubvorgang beendet. Die mechanisch vorgespannte Tellerfeder 13 bewirkt die Rück stellung des Druckkolbens 11 und der Kugelscheibe 19.The lifting process is ended by a contraction of the actuator 12 , for example a discharge of the piezo actuator. The mechanically preloaded plate spring 13 causes the return position of the pressure piston 11 and the spherical disk 19 .
Aufgrund der während der Betätigungsdauer aufgetretenen Leckage sinkt der Druck P in der Hydraulikkammer 2 kurzzeitig unter den Standdruck. Dieser Verlust von Fluid 6 wird durch einen Leckagestrom von der Fluidkammer 9 wieder aufgefüllt. Bei der Relaxierung des Drucks P auf den Standdruck wird das Hubelement 7, 14-17 durch die Feder 21 zurückgestellt und die Mündung 10 gegen den Außenraum verschlossen.Due to the leakage that occurred during the actuation period, the pressure P in the hydraulic chamber 2 drops briefly below the static pressure. This loss of fluid 6 is replenished by a leakage flow from the fluid chamber 9 . When the pressure P relaxes to the standing pressure, the lifting element 7 , 14-17 is reset by the spring 21 and the mouth 10 is closed to the outside.
Diese Anwendung ist besonders vorteilhaft bei der Benzin-Di rekteinspritzung für Magermotoren. Dabei ist zum Beispiel die Erzeugung einer gut dosierbaren Piloteinspritzung möglich.This application is particularly advantageous for petrol di direct injection for lean engines. One example is the Generation of a well-dosed pilot injection possible.
Das Fluid 6 kann außer Benzin auch eine andere Flüssigkeit, beispielsweise Diesel, Kerosin, Öl, Methanol oder Petroleum sein, oder auch ein Gas, beispielsweise Erdgas.In addition to gasoline, the fluid 6 can also be another liquid, for example diesel, kerosene, oil, methanol or petroleum, or a gas, for example natural gas.
Die Dosiervorrichtung kann besonders vorteilhaft bei geringen Puls/Pause-Verhältnissen eingesetzt werden (z. B. maximale Einspritzdauer 1 ms alle 24 ms bei 5000 Umdrehungen pro Mi nute beim 4-Takt-Motor). Durch relativ große Pausen (z. B. 20 ms) ist ein Ausgleich der während der kurzen Betätigungsdauer des Stellantriebs 12 (z. B. 1 ms) auftretenden Leckagen ge währleistet.The metering device can be used particularly advantageously in the case of low pulse / pause ratios (e.g. maximum injection duration 1 ms every 24 ms at 5000 revolutions per minute in the 4-stroke engine). Relatively long pauses (e.g. 20 ms) ensure that the leaks occurring during the short actuation period of the actuator 12 (e.g. 1 ms) are compensated.
Die in Fig. 1 dargestellte Dosiervorrichtung besitzt im we sentlichen einen axialsymmetrischen Aufbau. Hiervon kann selbstverständlich abgewichen werden, indem man beispiels weise die Dosiervorrichtung aus räumlich verteilten und über Flüssigkeitsleitungen miteinander verbundenen Druckkammern aufbaut. Auch kann zum Beispiel ein Spiel der Einzelteile zu gelassen werden. Dabei muß allerdings ein Verlust an Funktio nalität in Kauf genommen werden.The dosing device shown in Fig. 1 has an axially symmetrical structure. This can of course be deviated from, for example, by building up the metering device from spatially distributed pressure chambers which are connected to one another via liquid lines. A play of the individual parts can also be permitted, for example. However, a loss of functionality must be accepted.
Claims (24)
- 1. eine mit einem Fluid (6) druckbeaufschlagbare sekundär seitige Bohrung (4) eines Gehäuses (1), die einerseits an einer Mündung (10) nach Außen und andererseits in eine Hy draulikkammer (2) führt,
- 2. ein Hubelement (7), das in der sekundärseitigen Bohrung (4) axialverschiebbar führbar ist und das ein Dichtelement (17) aufweist, durch das die Mündung (10) von Außen verschließ bar ist,
- 3. einen Primärantrieb (5), dessen Hub über die Hydraulik kammer (2) hydraulisch an das Hubelement (7) übertragbar ist,
- 1. durch die Hubbewegung des Primärantriebs (5) das Hubelement (7) so verschiebbar ist, daß ein Öffnen und Schließen der Mündung (10) mittels des Dichtelementes (17) steuerbar ist,
- 2. bei geöffneter Mündung (10) das Fluid (6) über die sekun därseitige Bohrung (4) nach Außen abgebbar ist,
- 1. die Hydraulikkammer (2) von der sekundärseitigen Bohrung (4) aus durch eine Passung von Hubelement (7) und Gehäuse (1) mit dem Fluid (6) gedrosselt druckbeaufschlagbar ist.
- 1. a secondary-side bore ( 4 ) of a housing ( 1 ) which can be pressurized with a fluid ( 6 ) and which on the one hand leads to the outside at an opening ( 10 ) and on the other hand into a hydraulic chamber ( 2 ),
- 2. a lifting element ( 7 ) which can be guided axially displaceably in the secondary-side bore ( 4 ) and which has a sealing element ( 17 ) through which the mouth ( 10 ) can be closed from the outside,
- 3. a primary drive ( 5 ), the stroke of which can be transmitted hydraulically to the lifting element ( 7 ) via the hydraulic chamber ( 2 ),
- 1. the lifting element ( 7 ) is displaceable by the lifting movement of the primary drive ( 5 ) in such a way that opening and closing of the mouth ( 10 ) can be controlled by means of the sealing element ( 17 ),
- 2. when the mouth ( 10 ) is open, the fluid ( 6 ) can be discharged to the outside via the secondary bore ( 4 ),
- 1. The hydraulic chamber ( 2 ) from the secondary-side bore ( 4 ) from a fit of the lifting element ( 7 ) and housing ( 1 ) with the fluid ( 6 ) can be pressurized.
- 1. der Druckkolben (11) in einer in die Hydraulikkammer (2) mündenden primärseitige Bohrung (3) axialverschiebbar und gedichtet führbar ist,
- 2. das primärseitige Rückstellelement (13) den Druckkolben (11) von der Hydraulikkammer (2) weg drückt,
- 3. der Druckkolben (11) mittels des Stellantriebs (12) in der primärseitigen Bohrung (3) verschiebbar ist.
- 1. the pressure piston ( 11 ) can be guided in an axially displaceable and sealed manner in a primary-side bore ( 3 ) opening into the hydraulic chamber ( 2 ),
- 2. the primary-side reset element ( 13 ) presses the pressure piston ( 11 ) away from the hydraulic chamber ( 2 ),
- 3. the pressure piston ( 11 ) can be displaced in the primary-side bore ( 3 ) by means of the actuator ( 12 ).
- 1. einen Hubkolben (14), der an die Hydraulikkammer (2) grenzt, der in der sekundärseitigen Bohrung (4) axialver schiebbar und leckagebehaftet angeordnet ist und dessen druckwirksame Fläche an der Hydraulikkammer (2) kleiner ist als die des Primärantriebs (5),
- 2. eine Kolbenstange (15), die zwischen dem Sekundärkolben (14) und dem Dichtelement (17) am Sekundärkolben (14) ange bracht ist und die hydraulisch nicht-dichtend in der sekun därseitigen Bohrung (4) angeordnet ist,
- 3. einen Stößel (16), der hydraulisch nicht-dichtend zwischen der Kolbenstange (15) und einem Dichtelement (17) ange bracht ist und der mit dem Dichtelement fest verbunden ist,
- 4. eine sekundärseitige Rückstelleinrichtung (8) in der Fluid kammer (9) in Form einer oder mehrerer Federelemente (21), die das Hubelement (7) in Richtung der Hydraulikkammer (2) drückt.
- 1. a reciprocating piston ( 14 ) which borders on the hydraulic chamber ( 2 ), which is arranged axially displaceably in the secondary bore ( 4 ) and is subject to leakage and whose pressure-effective area on the hydraulic chamber ( 2 ) is smaller than that of the primary drive ( 5 ) ,
- 2. a piston rod (15) which is introduced between the secondary piston (14) and the sealing element (17) is on the secondary piston (14) and which is non-sealingly arranged hydraulically in the seconding därseitigen bore (4),
- 3. a plunger ( 16 ) which is hydraulically non-sealing between the piston rod ( 15 ) and a sealing element ( 17 ) and which is firmly connected to the sealing element,
- 4. a secondary-side reset device ( 8 ) in the fluid chamber ( 9 ) in the form of one or more spring elements ( 21 ) which presses the lifting element ( 7 ) in the direction of the hydraulic chamber ( 2 ).
- 1. ein Hubelement (7) mindestens teilweise in einer in einen Außenraum mündenden, mit einem Fluid (6) druckbeaufschlag ten sekundärseitigen Bohrung (4) eines Gehäuses (1) geführt wird,
- 2. die Verschiebung des Hubelementes (7) mittels einer über eine Hydraulikkammer (2) hydraulisch weitergeleiteten Bewe gung eines Primärantriebs (5) gesteuert wird,
- 3. durch die Verschiebung des Hubelementes (7) das Öffnen und Schließen der sekundärseitige Bohrung (4) gegen einen Au ßenraum mittels eines am Hubelement (7) befestigten, sich mindestens teilweise außerhalb der sekundärseitigen Bohrung (4) befindlichen Dichtelementes (17) gesteuert wird,
- 1. die Hydraulikkammer (2) über einen Leckagestrom von der se kundärseitigen Bohrung (4) durch die Passung von Hubelement (7) und Gehäuse (1) mit dem Fluid (6) druckbeaufschlagt wird.
- 1. a lifting element ( 7 ) is guided at least partially in a bore ( 4 ) of a housing ( 1 ) which opens into an external space and is pressurized with a fluid ( 6 ),
- 2. the displacement of the lifting element ( 7 ) is controlled by means of a movement of a primary drive ( 5 ) hydraulically transmitted via a hydraulic chamber ( 2 ),
- 3. by the displacement of the lifting element ( 7 ) the opening and closing of the secondary-side bore ( 4 ) against an outside by means of an attached to the lifting element ( 7 ), which is located at least partially outside the secondary-side bore ( 4 ) sealing element ( 17 ) ,
- 1. the hydraulic chamber ( 2 ) is pressurized via a leakage flow from the secondary hole ( 4 ) through the fit of the lifting element ( 7 ) and the housing ( 1 ) with the fluid ( 6 ).
- 1. der Primärantrieb (5) zumindest teilweise in einer in die Hydraulikkammer (2) mündenden primärseitigen Bohrung (2) axialverschiebbar geführt wird,
- 1. der Primärantrieb (5) maximal von der Hydraulikkammer (2) weg verschoben wird,
- 2. das Hubelement (7) maximal in Richtung der Hydraulikkammer (2) verschoben wird und die sekundärseitige Bohrung (4) mittels des Dichtelementes (17) gegen den Außenraum ver schließt,
- 3. der Druck (P) in der Hydraulikkammer (2) durch die Passung von Hubelement (7) und Gehäuse (1) unter dem an der sekun därseitigen Bohrung (4) anliegenden Druck steht,
- 1. der Primärantrieb (5) das Volumen der Hydraulikkammer (2) verringert, so daß der Druck (P) in der Hydraulikkammer (2) solange erhöht wird, bis das Hubelement(7) von der Hydrau likkammer (2) weg hubübersetzt verschoben wird,
- 2. durch die Verschiebung des Hubelementes (7) das Dichtele ment (17) von der Mündung (10) der sekundärseitigen Bohrung (4) abgehoben wird, wodurch das Fluid (6) aus der sekundär seitigen Bohrung (4) abgegeben wird,
- 1. der Primärantrieb (5) von der Hydraulikkammer (2) weg ver schoben wird, so daß der Druck (P) darin absinkt, wodurch das Hubelement (7) so lange in Richtung der Hydraulikkammer (2) verschoben wird, bis die Ruhestellung wieder erreicht ist,
- 2. ein Verlust von Fluid (6) aus der Hydraulikkammer (2) durch die Passung von Hubelement (7) und Gehäuse (1) ausgeglichen wird.
- 1. the primary drive (5) is at least partially guided in a into the hydraulic chamber (2) opening into the primary-side bore (2) axially displaceable,
- 1. the primary drive ( 5 ) is moved as far as possible from the hydraulic chamber ( 2 ),
- 2. the lifting element ( 7 ) is maximally displaced in the direction of the hydraulic chamber ( 2 ) and the secondary-side bore ( 4 ) closes ver to the outside by means of the sealing element ( 17 ),
- 3. the pressure (P) in the hydraulic chamber ( 2 ) is due to the fit of the lifting element ( 7 ) and the housing ( 1 ) under the pressure on the secondary-side bore ( 4 ),
- 1. the primary drive ( 5 ) reduces the volume of the hydraulic chamber ( 2 ), so that the pressure (P) in the hydraulic chamber ( 2 ) is increased until the lifting element ( 7 ) from the hydraulic likkammer ( 2 ) is displaced stroke translated ,
- 2. by the displacement of the lifting element ( 7 ) the Dichtele element ( 17 ) from the mouth ( 10 ) of the secondary bore ( 4 ) is lifted, whereby the fluid ( 6 ) is discharged from the secondary bore ( 4 ),
- 1. The primary drive ( 5 ) from the hydraulic chamber ( 2 ) is pushed away ver, so that the pressure (P) drops therein, whereby the lifting element ( 7 ) is moved in the direction of the hydraulic chamber ( 2 ) until the rest position again is reached
- 2. A loss of fluid (6) from the hydraulic chamber (2) by the fit of the lifting element (7) and housing (1) is compensated.
- 1. der Druckkolben (11) zumindest teilweise axialverschiebbar und hydraulisch dichtend in der primärseitigen Bohrung (3) geführt wird,
- 2. die primärseitige Rückstelleinrichtung (13) den Druckkolben (11) von der Hydraulikkammer (2) weg drückt,
- 3. der Stellantrieb (12) durch das Anlegen eines elektrischen Signals so in seiner Länge verändert wird, daß der Druck kolben (11) in der primärseitigen Bohrung (3) verschoben wird ist,
- 1. in Ruhestellung die Länge des Stellantriebs (12) in Längs richtung der primärseitigen Bohrung (3) minimal ist, so daß der Druckkolben (11) durch die primärseitige Rückstellein richtung (13) und den Druck (P) des Fluids (6) in der Ar beitskammer (2) maximal von der Hydraulikkammer (2) weg verschoben wird,
- 2. während des Hubvorgangs die Länge des Stellantriebs (12) in Längsrichtung der primärseitigen Bohrung (3) vergrößert wird, so daß der Druckkolben (11) durch den Stellantrieb (12) in Richtung der Hydraulikkammer (2) verschoben wird,
- 3. bei Rückkehr in die Ruhestellung die Länge des Stellan triebs (12) in Längsrichtung der primärseitigen Bohrung (3) verringert wird, so daß der Druckkolben (11) durch die pri märseitige Rückstelleinrichtung (13) und den Druck (P) des Fluids (6) in der Arbeitskammer (2) von der Hydraulikkammer (2) weg verschoben wird.
- 1. the pressure piston ( 11 ) is at least partially axially displaceable and hydraulically sealed in the primary-side bore ( 3 ),
- 2. the primary-side reset device ( 13 ) presses the pressure piston ( 11 ) away from the hydraulic chamber ( 2 ),
- 3. the length of the actuator ( 12 ) is changed by applying an electrical signal such that the pressure piston ( 11 ) is displaced in the primary-side bore ( 3 ),
- 1. In the rest position, the length of the actuator ( 12 ) in the longitudinal direction of the primary-side bore ( 3 ) is minimal, so that the pressure piston ( 11 ) through the primary-side Rückstellein device ( 13 ) and the pressure (P) of the fluid ( 6 ) in Ar chamber of Labor (2) is maximally displaced from the hydraulic chamber (2) away,
- 2. the length of the actuator ( 12 ) is increased in the longitudinal direction of the primary-side bore ( 3 ) during the lifting process, so that the pressure piston ( 11 ) is displaced in the direction of the hydraulic chamber ( 2 ) by the actuator ( 12 ),
- 3. when returning to the rest position, the length of the actuator ( 12 ) in the longitudinal direction of the primary-side bore ( 3 ) is reduced, so that the pressure piston ( 11 ) through the primary-side reset device ( 13 ) and the pressure (P) of the fluid ( 6) is moved to the working chamber (2) of the hydraulic chamber (2) away.
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